CN110131253B - 基于动压密封效应的电液激振装置及其装配与激振方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于动压密封效应的电液激振装置及其装配与激振方法。现有激振装置中的活塞套密封环易磨损。本发明包括激振缸、平面轴承、旋转式活塞、径向轴承、驱动齿轮、挡板、螺栓和内置电机。本发明将旋转活塞与缸体间隙配合，并通过驱动旋转活塞高速旋转，实现旋转活塞与缸体的动压密封，保障旋转活塞直线移动时的密封性，从而避免采用密封环时密封环与缸体内表面的接触摩擦，很大程度上延长了激振装置的寿命。

Description

基于动压密封效应的电液激振装置及其装配与激振方法
技术领域
本发明属于电液伺服激振技术领域，具体涉及一种基于动压密封效应的电液激振装置及其装配与激振方法。
背景技术
随着工程机械大型化、自动化、智能化、集成化程度的提高，许多机械旋转运动副处于高温、高压、高速工作状态，密封面间的磨损会不断加剧，泄漏量也会增加，很容易形成密封失效。而电液激振装置中的活塞套密封环受往复运动特性及油液内杂质等因素的影响，容易磨损且不易检测，因此需要采用一种新型的密封方式及其装置来改善密封特性，提高活塞套的使用寿命。申请号为201620194280.9的专利公开了一种单作用液压缸活塞密封保护结构，能使油液压强较大时油液从支承环缺口流入密封件，减少了密封件的受高压冲击，同时聚四氟乙烯支撑环本身耐磨，即使活塞往复运动也不会对其造成太大的磨损，双面支承环还将油液中的杂质小颗粒挡在活塞一端，避免杂质随活塞来回运动损伤缸壁，可有效增加液压缸的使用寿命。但激振装置中的活塞处于一种较高频率的换向状态，上述专利并未改变活塞与缸体内表面直接接触的事实，只通过选材和防磨粒进入的方法十分有限地提高激振装置的寿命，对应激振装置这种高精度不便拆装的设备来说，还不能达到要求，况且这种方案本身结构复杂，不易装配或者难以保证装配精度，因此需要一种更好的方案来实现激振装置的密封。而申请号为201220549465.9的专利则公开了另一种活塞杆密封结构，该结构采用双密封圈结构，结构形式简单，实施方便，密封性能较好，但正是由于其双重密封圈的形式，大大增加了活塞与缸体内表面的摩擦力，增大了功耗和磨损。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于动压密封效应的电液激振装置及其装配与激振方法，将旋转活塞与缸体间隙配合，并通过驱动旋转活塞高速旋转，实现旋转活塞与缸体的动压密封，保障旋转活塞直线移动时的密封性。
本发明基于动压密封效应的电液激振装置，包括激振缸、平面轴承、旋转式活塞、径向轴承、驱动齿轮、挡板、螺栓和内置电机。所述旋转式活塞的内侧壁设有一体成型轴承外圈定位凸台；所述的轴承外圈定位凸台呈环形；旋转式活塞的内侧壁通过两个径向轴承支承在激振缸的活塞杆上，两个径向轴承分设在轴承外圈定位凸台两侧；两个径向轴承的外圈由轴承外圈定位凸台两侧分别轴向限位；轴套两端分别与活塞杆轴肩和靠近活塞杆轴肩的径向轴承内圈接触，另一个径向轴承的内圈通过弹性挡圈轴向限位；弹性挡圈卡在活塞杆头部轴段开设的卡槽内；旋转式活塞的一端通过平面轴承支承在活塞杆的轴肩上，另一端通过平面轴承支承在挡板上；螺栓穿过挡板的中心孔，并与活塞杆头部端面的螺纹孔连接。旋转式活塞内侧壁的内齿同时与沿轴向均布的三个驱动齿轮啮合，每个驱动齿轮与一个内置电机的输出轴固定；各内置电机的输出轴穿过挡板对应的一个过孔；挡板的三个过孔沿周向均布；三个内置电机的底座均固定在挡板上；所述旋转式活塞的外侧壁开设有沿轴向等距排布的至少四个微结构组，每个微结构组包括沿周向均布的多个微结构；同个微结构组中相邻微结构所夹的圆心角小于15°；旋转式活塞的外侧壁与激振缸的缸体间隙配合。三个内置电机由控制器控制同步动作。
所述靠近活塞杆轴肩的径向轴承内圈轴向限位方式替换为也通过弹性挡圈实现，该弹性挡圈卡在活塞杆头部轴段开设的另一个卡槽内。
所述的微结构呈等腰三角形，且等腰三角形的高沿周向布置。
所述旋转式活塞的转速大于1500r/min。
该基于动压密封效应的电液激振装置的装配方法，具体如下：
步骤一、在激振缸的活塞杆上套置轴套和第一个平面轴承；
步骤二、在活塞杆上依次套入第一个径向轴承、旋转式活塞和第二个径向轴承，然后通过旋转式活塞将第一个径向轴承压紧在活塞杆的轴肩上，最后在活塞杆的卡槽内装入弹性挡圈；
步骤三、将三个内置电机的输出轴穿过挡板对应的过孔，并将三个电机固定于挡板上；
步骤四、在三个内置电机的输出轴外套置第二个平面轴承；
步骤五、将三个驱动齿轮与三个内置电机的输出轴分别固定；
步骤六、将固定在三个内置电机的输出轴上的三个驱动齿轮均与旋转式活塞的内齿啮合，然后通过挡板将第二个平面轴承压紧在旋转式活塞上，接着在螺栓上套置垫片，最后将螺栓穿过挡板的中心孔，并与活塞杆的螺纹孔连接。
步骤一替换为：在激振缸的活塞杆靠近轴肩的卡槽内装入弹性挡圈，在激振缸的活塞杆上套置第一个平面轴承；步骤二替换为：在活塞杆上依次套入第一个径向轴承、旋转式活塞和第二个径向轴承，然后通过旋转式活塞将第一个径向轴承压紧在活塞杆的轴肩上，最后在活塞杆远离轴肩的卡槽内装入弹性挡圈。
该基于动压密封效应的电液激振装置的激振方法，具体如下：
同步驱动圆周均布的三个内置电机，内置电机的动力传给驱动齿轮；三个驱动齿轮同时与旋转式活塞内侧壁的内齿啮合，从而带动旋转式活塞转动；旋转式活塞两端各有一个平面轴承，使得旋转式活塞转动时活塞杆和挡板保持静止；旋转式活塞的轴承外圈定位凸台两侧各设置一个径向轴承，防止旋转式活塞径向窜位。旋转式活塞以大于1500r/min的转速旋转时，带入微结构中的流体膜在微结构中产生膜压，从而在微结构以及微结构周围与激振缸的缸体内侧壁之间形成油膜，而微结构组中沿周向均布的各个微结构便在旋转式活塞外侧壁与激振缸的缸体内侧壁之间形成整周的油膜密封；激振缸激振时，旋转式活塞在激振缸的缸体内滑动，且不直接与缸体内壁摩擦。
本发明具有的有益效果是：
1.本发明将旋转活塞与缸体间隙配合，并通过驱动旋转活塞高速旋转，实现旋转活塞与缸体的动压密封，保障旋转活塞直线移动时的密封性，从而避免采用密封环时密封环与缸体内表面的接触摩擦，很大程度上延长了激振装置的寿命。
2.本发明结构紧凑，装配简单，便于激振装置的维护与调整。
附图说明
图1为本发明的整体结构立体图；
图2为本发明的结构剖视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明
如图1和2所示，基于动压密封效应的电液激振装置，包括激振缸、平面轴承2、旋转式活塞3、径向轴承4、轴套5、驱动齿轮6、挡板7、螺栓8和内置电机9。旋转式活塞3的内侧壁设有一体成型轴承外圈定位凸台；轴承外圈定位凸台呈环形；旋转式活塞3的内侧壁通过两个径向轴承4支承在激振缸的活塞杆1上，两个径向轴承4分设在轴承外圈定位凸台两侧；两个径向轴承4的外圈由轴承外圈定位凸台两侧分别轴向限位；轴套5两端分别与活塞杆1轴肩和靠近活塞杆1轴肩的径向轴承4内圈接触(也可以是靠近活塞杆1轴肩的径向轴承4内圈通过弹性挡圈10轴向限位)，另一个径向轴承4的内圈通过一个弹性挡圈轴向限位；弹性挡圈卡在活塞杆1头部轴段开设的卡槽内；旋转式活塞3的一端通过平面轴承2支承在活塞杆1的轴肩上，另一端通过平面轴承2支承在挡板7上；螺栓8穿过挡板7的中心孔，并与活塞杆1头部端面的螺纹孔连接。旋转式活塞3内侧壁的内齿同时与沿轴向均布的三个驱动齿轮6啮合，每个驱动齿轮6与一个内置电机9的输出轴固定；各内置电机9的输出轴穿过挡板7对应的一个过孔；挡板7的三个过孔沿周向均布；三个内置电机9(考虑到单一内置电机扭矩不足的问题，采用三个内置电机同步驱动旋转式活塞的转动)的底座均固定在挡板7上；旋转式活塞的外侧壁开设有沿轴向等距排布的至少四个微结构组，每个微结构组包括沿周向均布的多个微结构；同个微结构组中相邻微结构所夹的圆心角小于15°；微结构呈等腰三角形，且等腰三角形的高沿周向布置。三个内置电机9由控制器控制同步动作，旋转式活塞3的转速大于1500r/min。旋转式活塞的外侧壁与激振缸的缸体间隙配合。
该基于动压密封效应的电液激振装置的装配方法，具体如下：
步骤一、在激振缸的活塞杆1上套置轴套5和第一个平面轴承2；
步骤二、在活塞杆1上依次套入第一个径向轴承、旋转式活塞3和第二个径向轴承4，然后通过旋转式活塞3将第一个径向轴承压紧在活塞杆的轴肩上，最后在活塞杆1的卡槽内装入弹性挡圈10；
步骤三、将三个内置电机的输出轴穿过挡板对应的过孔，并将三个电机固定于挡板上；
步骤四、在三个内置电机的输出轴外套置第二个平面轴承2；
步骤五、将三个驱动齿轮与三个内置电机的输出轴分别固定；
步骤六、将固定在三个内置电机的输出轴上的三个驱动齿轮均与旋转式活塞3的内齿啮合，然后通过挡板将第二个平面轴承压紧在旋转式活塞上，接着在螺栓上套置垫片，最后将螺栓穿过挡板的中心孔，并与活塞杆的螺纹孔连接。
该基于动压密封效应的电液激振装置的激振方法，具体如下：
同步驱动圆周均布的三个内置电机9，内置电机9的动力传给驱动齿轮6；三个驱动齿轮6同时与旋转式活塞3内侧壁的内齿啮合，从而带动旋转式活塞3转动；因为旋转式活塞3两端各有一个平面轴承2，使得旋转式活塞在高速转动的情况下活塞杆和挡板保持静止。又因为旋转式活塞3的轴承外圈定位凸台两侧各设置一个径向轴承4，进一步防止旋转式活塞3径向窜位。旋转式活塞3以大于1500r/min的转速高速旋转时，由动压润滑理论可知，带入微结构中的流体膜在微结构中产生膜压，从而在微结构以及微结构周围与激振缸的缸体内侧壁之间形成油膜，而微结构组中沿周向均布的各个微结构便在旋转式活塞3外侧壁与激振缸的缸体内侧壁之间形成整周的油膜密封；激振缸激振时，旋转式活塞3在激振缸的缸体内滑动，且不直接与缸体内壁摩擦，与现有密封环密封形式相比，避免采用密封环时密封环的磨损，改善了密封条件，因此很大程度上提高了整个激振装置的寿命。
流体动压密封的实质是利用流体动压效应，在动密封面之间形成一层能避免两相对运动表面直接接触的动压油膜，从而大大降低摩擦圈运行时的磨损和摩擦热。因此，理论上，旋转式活塞3转动越高，形成的动压油膜厚度越大。

Claims (7)

1.基于动压密封效应的电液激振装置，包括激振缸，其特征在于：还包括平面轴承、旋转式活塞、径向轴承、驱动齿轮、挡板、螺栓和内置电机；所述旋转式活塞的内侧壁设有一体成型轴承外圈定位凸台；所述的轴承外圈定位凸台呈环形；旋转式活塞的内侧壁通过两个径向轴承支承在激振缸的活塞杆上，两个径向轴承分设在轴承外圈定位凸台两侧；两个径向轴承的外圈由轴承外圈定位凸台两侧分别轴向限位；轴套两端分别与活塞杆轴肩和靠近活塞杆轴肩的径向轴承内圈接触，另一个径向轴承的内圈通过弹性挡圈轴向限位；弹性挡圈卡在活塞杆头部轴段开设的卡槽内；旋转式活塞的一端通过平面轴承支承在活塞杆的轴肩上，另一端通过平面轴承支承在挡板上；螺栓穿过挡板的中心孔，并与活塞杆头部端面的螺纹孔连接；旋转式活塞内侧壁的内齿同时与沿轴向均布的三个驱动齿轮啮合，每个驱动齿轮与一个内置电机的输出轴固定；各内置电机的输出轴穿过挡板对应的一个过孔；挡板的三个过孔沿周向均布；三个内置电机的底座均固定在挡板上；所述旋转式活塞的外侧壁开设有沿轴向等距排布的至少四个微结构组，每个微结构组包括沿周向均布的多个微结构；同个微结构组中相邻微结构所夹的圆心角小于15°；旋转式活塞的外侧壁与激振缸的缸体间隙配合；三个内置电机由控制器控制同步动作。
2.根据权利要求1所述基于动压密封效应的电液激振装置，其特征在于：所述靠近活塞杆轴肩的径向轴承内圈轴向限位方式替换为也通过弹性挡圈实现，该弹性挡圈卡在活塞杆头部轴段开设的另一个卡槽内。
3.根据权利要求1或2所述基于动压密封效应的电液激振装置，其特征在于：所述的微结构呈等腰三角形，且等腰三角形的高沿周向布置。
4.根据权利要求1或2所述基于动压密封效应的电液激振装置，其特征在于：所述旋转式活塞的转速大于1500r/min。
5.根据权利要求1所述基于动压密封效应的电液激振装置的装配方法，其特征在于：该方法具体如下：
步骤一、在激振缸的活塞杆上套置轴套和第一个平面轴承；
步骤二、在活塞杆上依次套入第一个径向轴承、旋转式活塞和第二个径向轴承，然后通过旋转式活塞将第一个径向轴承压紧在活塞杆的轴肩上，最后在活塞杆的卡槽内装入弹性挡圈；
步骤三、将三个内置电机的输出轴穿过挡板对应的过孔，并将三个电机固定于挡板上；
步骤四、在三个内置电机的输出轴外套置第二个平面轴承；
步骤五、将三个驱动齿轮与三个内置电机的输出轴分别固定；
步骤六、将固定在三个内置电机的输出轴上的三个驱动齿轮均与旋转式活塞的内齿啮合，然后通过挡板将第二个平面轴承压紧在旋转式活塞上，接着在螺栓上套置垫片，最后将螺栓穿过挡板的中心孔，并与活塞杆的螺纹孔连接。
6.根据权利要求2所述基于动压密封效应的电液激振装置的装配方法，其特征在于：该方法具体如下：
步骤一、在激振缸的活塞杆靠近轴肩的卡槽内装入弹性挡圈，在激振缸的活塞杆上套置第一个平面轴承；
步骤二、在活塞杆上依次套入第一个径向轴承、旋转式活塞和第二个径向轴承，然后通过旋转式活塞将第一个径向轴承压紧在活塞杆的轴肩上，最后在活塞杆远离轴肩的卡槽内装入弹性挡圈；
步骤三、将三个内置电机的输出轴穿过挡板对应的过孔，并将三个电机固定于挡板上；
步骤四、在三个内置电机的输出轴外套置第二个平面轴承；
步骤五、将三个驱动齿轮与三个内置电机的输出轴分别固定；
步骤六、将固定在三个内置电机的输出轴上的三个驱动齿轮均与旋转式活塞的内齿啮合，然后通过挡板将第二个平面轴承压紧在旋转式活塞上，接着在螺栓上套置垫片，最后将螺栓穿过挡板的中心孔，并与活塞杆的螺纹孔连接。
7.根据权利要求1或2所述基于动压密封效应的电液激振装置的激振方法，其特征在于：该方法具体如下：
同步驱动圆周均布的三个内置电机，内置电机的动力传给驱动齿轮；三个驱动齿轮同时与旋转式活塞内侧壁的内齿啮合，从而带动旋转式活塞转动；旋转式活塞两端各有一个平面轴承，使得旋转式活塞转动时活塞杆和挡板保持静止；旋转式活塞的轴承外圈定位凸台两侧各设置一个径向轴承，防止旋转式活塞径向窜位；旋转式活塞以大于1500r/min的转速旋转时，带入微结构中的流体膜在微结构中产生膜压，从而在微结构以及微结构周围与激振缸的缸体内侧壁之间形成油膜，而微结构组中沿周向均布的各个微结构便在旋转式活塞外侧壁与激振缸的缸体内侧壁之间形成整周的油膜密封；激振缸激振时，旋转式活塞在激振缸的缸体内滑动，且不直接与缸体内壁摩擦。
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